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「致敬」周立伟院士:研究夜视技术,创建自己的科学学派

2021-08-11   中国科学技术协会   阅读量:241

    他曾是电机厂的一名助理技术员,却在平凡的岗位上发明了新工具、普及了新技术,极大提高了工厂的生产效率;留苏期间,他攻克重重难关,掌握了电子光学的关键技术,创建了宽电子束聚焦与成像较为完整的理论体系,为我国微光夜视装备的自主研发开辟了道路;他的学术成就更被誉为“自己的科学学派的创立者”。他就是中国工程院院士,电子光学和光电子成像专家周立伟。

周立伟(来源:中国工程院官网)

    “我的心目中,科学是神圣的、不容亵渎的。学术不端行为是绝不容许的。科学代表真善美,它让世界变得更美好,使人们得到更好的享受。”

    “只有真心热爱科学的人,才能进入科学的殿堂。”

    1932年,周立伟出生于上海市一个制药工人的家庭。他5岁时,抗日战争爆发,日本侵略者占领了上海。母亲带着他和姐姐周月青、弟弟周立法一路逃难到老家——浙江诸暨藏绿村,后上海局势和缓,全家返回上海,他开始接受小学教育。幼年时代的经历使周立伟从小便深明国家和民族大义。

周立伟学生照

    1946年秋,周立伟进入高桥中学上学,成绩虽然名列前茅,但由于家庭经济状况不好,不得不在1948年,离开高桥中学投考了学费和膳食费全免的国立上海高级机械职业学校(简称国立上海高机,现上海理工大学)。在国立上海高机求学期间,周立伟学习了机械设计、制图与工艺等基础知识。新中国成立以后,他成为第一批中国新民主主义青年团团员之一。1950年,他积极响应号召,报名参加了军干校和中国人民志愿军,但因身体原因未被录取。

1997年,周立伟(前排右五)和国立高机同学聚会合影

    1951年,周立伟被分配至上海公私合营华通电机厂工作。在那里,他工作和学习都十分刻苦,几乎每个星期天都去厂里加班,晚上他还会参加俄语培训班。俄语培训班结业时,他考了全班第一,作为奖励得到了一座毛主席塑像。在华通电机厂期间,他发明了扁平线圈绕线车,使生产效率提高了7.5倍,上海《劳动报》还专门报道了此事,而那时的周立伟还不到20岁。年轻的周立伟对知识充满渴望。国家号召工农青年上大学,所以他决定继续读书,并于1953年考入北京工业学院(现北京理工大学)。周立伟之所以报考北京工业学院,是因为学校招生的人动员他学习兵工专业,制造新的武器打击敌人,实现保家卫国的愿望。进入学校后,周立伟被分配到8531班学习军用光学仪器。1956年,周立伟加入了中国共产党。

    二十世纪五六十年代,我国发展国防事业急需夜视技术。1958年,留校任教的周立伟承担了筹建夜视技术新专业的工作。夜视技术是当时军用光学的一个新领域。尽管任务困难重重,但周立伟还是怀着满腔热情全身心地投入新专业的教学和实验室建设中。

    经过两年的艰苦奋斗,周立伟完成了《电子光学理论和设计》上、下册教材,其中包含后来进一步发展的宽束电子光学理论雏形。这是我国第一本由国内自行编著出版的脱胎于传统电子光学理论和设计的著作,也是我国电子光学专业重要的大学教材和技术人员的参考书。

    1962年,周立伟被派往苏联留学。任务是攻克夜视成像器件的电子光学理论和设计。

    在异国他乡进行科学研究是一条艰难之路,三年半的求学时光中,他大部分时间是在列宁格勒谢德林图书馆和苏联科学院图书馆度过的,饿了就啃块面包,渴了就喝口冷水,困了打个瞌睡,每天读书、记笔记,勤学不辍。梅花香自苦寒来,周立伟出色完成了《轴对称和球对称电子光学成像系统的像差理论》的毕业论文。

    周立伟在列宁格勒谢德林图书馆,看到了一篇苏联科学院研究员的文章,内容是研究两电极同心球系统中电子束的形成。他发现这篇文章中有一个错误:它所给出的电子束从宽束变成细束形成弥散圆半径的表示式是错的,不能成立。周立伟立刻导出了一个正确的表示式,这件事为他找到成像电子光学研究的方向和突破口提供了一个切入点。

周立伟(左二)与来北京理工大学访问的苏联专家在学校大东门前合影

    1966年,周立伟顺利地通过苏联物理数学副博士学位论文答辩。回国后,他全身心投入到夜视研究中。1977年,他出版了《夜视器件的电子光学》教材,深入研究同心球电磁聚焦系统的电子光学问题,把在苏联留学时的电子光学研究由静电聚焦扩展到电磁聚焦领域。

    1978 年初,周立伟率团参加了由伦敦帝国理工学院召开的光电子成像器件国际学术会议和由兰克集团召开的电子成像国际会议。他在会上宣读了自己的学术论文《同心球电磁聚焦系统的电子光学》,该论文被收入 Adoances in Electronics and Electron Physics(《电子学与电子物理学的进展》)1979年第52卷中。

    1982年,周立伟把自己青年时期的种种思考整理成10个问题,写成《成像系统电子光学若干问题的探讨》一文。20世纪90年代初,他带领研究生把这10个问题基本都解决了,其中“宽电子束聚焦理论与设计”研究成果荣获兵器工业部科技进步奖一等奖和国家科技进步奖二等奖。

    为更好更精准地服务国防建设和武器装备建设,20世纪80年代起,周立伟带领他的学生们,从静电同心球、电磁同心球、多电极系统等省略了某些高阶误差的较特殊系统的电子光学出发,向具有普遍意义的宽电子束聚焦像差理论发起攻关。

    在研究中,周立伟引入张量分析的方法研究空间旋转运动曲线坐标系下的电子运动轨迹方程,建立了曲轴宽电子束聚焦与成像的新理论体系。这套新理论体系被诺奖获得者与美国科学院院士等国际学界评议为,“在世界上是独创的”。

《宽束电子光学》(来源:京东)

    1993年,周立伟的专著《宽束电子光学》问世,书中涵盖了曲轴宽电子束聚焦与成像的新理论体系,国内外同行纷纷给予高度评价。该书被学界公认为是一部具有科学性、创新性与系统性的著作。该书的出版,标志着周立伟的宽束电子光学学派体系建立。

    1999年,周立伟当选为中国工程院院士;2000年,当选为俄罗斯联邦工程科学院外籍院士。俄罗斯科学院普罗霍洛夫院士赞誉周立伟:“您创立了您自己的学派。”

    周立伟不仅在科研方面硕果累累,同时也是一名优秀的教育家。

    改革开放以来,周立伟的工作重点有两个,一是继续深入研究夜视技术;二是培养学生,并作为学科带头人开展军用光学学科建设。

    在他和李德熊教授的共同努力下,1987年,北京理工大学军用光学学科被评为国家重点学科,并获得了世界银行贷款的支持,建设了颜色科学专项实验室。2001年,北京理工大学“光学工程”博士点以100%的得票率复评为国家重点学科。